Создание гидравлического устройства к приводу путевых машин для равномерного уплотнения балластного основания тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.05.04, кандидат технических наук Куликов, Александр Витальевич

• Куликов, Александр Витальевич
• кандидат технических наук
• 2000

Оглавление диссертации кандидат технических наук Куликов, Александр Витальевич

Введение.

1. Состояние вопроса, цель и задачи исследования.

1.1. Стабильность ж.д. пути и качество уплотнения его балластного основания.

1.2. Современный технический уровень машин для подбивки и стабилизации пути и тенденции их развития.

1.3. Обзор исследований в области контроля плотности строительных материалов.

1.4. Анализ патентных материалов.

1.5. Цель и задачи исследования.

2. Концепция и устройство для управления процессом равномерного уплотнения балластного основания. Математическое моделирование процесса.

2.1. Концепция управления подачей ШЛО в зону уплотнения балласта по принципу "обратной связи".

2.2. Конструкция устройства для обеспечения равномерного уплотнения балластного основания.

2.3. Математическое моделирование процесса управления равномерным уплотнением балластного основания.

2.4. Выводы по главе.

3. Результаты экспериментальных исследований процесса уплотнения балластного основания.

3.1. Программа и методика исследований.

3.2. Экспериментальные исследования в лабораторных условиях.

3.3. Экспериментальные исследования с натурными образцами машин.

3.4. Выводы по главе.

4. Технико - экономическая эффективность применения УРУБО.

4.1. Рекомендации по проектированию и применению УРУБО.

4.2. Варианты применения УРУБО в гидросистемах привода выправочно - подбивочных машин УПМ - 1 и ВПРМ - 600.

4.3. Технико - экономическая эффективность использования УРУБО на ВПМ.

4.4. Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Создание гидравлического устройства к приводу путевых машин для равномерного уплотнения балластного основания»

АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Надежность железнодорожного пути, в значительной степени, определяется стабильностью состояния балластного слоя по отношению к эксплуатационным поездным нагрузкам. Основным способом стабилизации щебеночного основания при строительстве и капитальном ремонте железнодорожного пути является его предварительное уплотнение. Причем, выправочно - подбивочные работы 'одно из основных мест в составе комплексного процесса балластировки пути. Они предназначаются для устранения отступлений от установленных норм содержания рельсовой колеи и производятся многократно : после укладки рельсошпальной решетки на земляное полотно; при подъемке железодорожного пути на первый и второй слои балласта; в процессе рабочего движения поездов и временной эксплуатации; перед сдачей пути в постоянную эксплуатацию. Эффективность технологического процесса выправки и подбивки зависит от ряда показателей, к которым, в ряду прочих, относится /и качество уплотнения балластной призмы.

Качество работы балластоуплотняющих машин определяется не только их способностью достигать заданной степени уплотнения балластного основания, но и способностью обеспечивать равномерность его уплотнения, то есть исключать как вероятности местных недоуп-лотнений, так и избыточных воздействий рабочих органов на балласт под влиянием ряда случайных факторов. Эта задача может быть решена повышением эффективности существующего парка балластоуплотняющих машин путем совершенствования привода и системы управления подачей рабочих органов в зону уплотнения посредством введения в их конструкцию легковстраиваемого дополнительного устройства, что требует научного обоснования его технического решения и параметров.

Актуальность темы исследования определяется также значительной протяженностью отечественной сети железных дорог, необходимыми большими объемами работ по их ремонту, реконструкции и содержанию.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: создание устройства, легковстраиваемого в гидросистему существующих выправочно-подбивочных машин для обеспечения равномерности уплотнения балластного основания и повышения стабильности пути.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в следующем:

- Разработан способ и дано техническое решение устройства, обеспечивающие повышение равномерности уплотнения балластного основания путем управления процессом уплотнения в зависимости от достигаемой плотности обрабатываемого материала по принципу "обратной связи".

- Разработана математическая модель процесса уплотнения балластного основания с учетом обеспечения равномерности его плотности с помощью устройства управления виброобжатием балласта по принципу "обратной связи" в зависимости от изменяющейся плотности.

- Даны оценки эффективности применения устройства, обеспечивающего равномерность уплотнения балластного основания.

Новизна разработок подтверждена авторскими свидетельствами и патентом на изобретения: № 1317054 и № 1331931 "Устройство для уплотнения балласта железнодорожнонго пути", № 1594239 "Подби-вочный блок для уплотнения балласта под шпалами", №2088719 "Гидросистема управления шпалоподбивочным рабочим органом".

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ: разработана на уровне изобретения конструкция устройства модульного типа, легковстраиваемая в гидросистемы привода шпалоподбивочных рабочих органов существующих выправочно - подбивочных машин, для обеспечения равномерности уплотнения балластного основания, а также разработаны предложения по проектированию и применению устройства. Разработано программное обеспечение расчетов на основе математической модели процесса уплотнения балластного основания для определения режимных параметров балластоуплотняющих рабочих органов выправочно - подбивочных машин в заданных условиях.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты диссертационной работы использованы трестом "Центрметаллургремонт" при разработке шпалопод-бивочного устройства к путевой машине ПРМ - 1ПГ для условий Мин-чермета, а также ЦНИИСом при создании новых балластировочных машин для железнодорожного строительства.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ И ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения работы докладывались на конференциях молодых специалистов в ЦНИИСе (г.Москва) в 1983 - 1987гг., на заседаниях технического совета треста "Центрметаллургремонт" ( г.Тула ) в 1989г. и секции "Строительные машины и оборудование" Ученого совета ЦНИИС в 1995 - 1999гг.

По результатам работы получены четыре авторских свидетельства и патента на изобретения и опубликованы три статьи.

Заключение диссертации по теме «Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины», Куликов, Александр Витальевич

Общие выводы и предложения.

1. Существующие балластоуплотняющие машины в реальных условиях технологии железнодорожного строительства не обеспечивают требуемой равномерности уплотнения балласта при последовательных обжатиях его в подшпальных зонах. Повышение равномерности уплотнения балластного основания требует совершенствования привода рабочих органов балластоуплотняющих машин.

2. Разработан способ повышения равномерности уплотнения балластного основания железнодорожного пути посредством управления подачей шпалоподбивочных органов в уплотняемую среду на основе принципа "обратной связи" в зависимости от плотности обрабатываемого материала. В качестве управляющего параметра УРУБО следует использовать усилие, действующее на рабочую площадь балластоуп-лотняющего органа в процессе виброобжатия обрабатываемого массива балласта.

3. Для реализации предложенного способа разработана модульная конструкция гидравлического устройства к приводу подачи шпалоподбивочных рабочих органов, обеспечивающая повышение равномерности уплотнения балластного основания. Конструкция устройства защищена авторскими свидетельствами и патентом на изобретения.

4. Разработана системная модель процесса управления равномерным уплотнением балластного основания с помощью УРУБО, позволяющая производить расчет режимных параметров работы балластоуплотняющих органов, а также осуществлять имитационное моделирование указанного процесса.

5. Разработано програмное обеспечение раччетов и произведено математическое моделирование процесса уплотнения балластного основания с помощью УРУБО и определены диапазоны значений параметров управления подачей рабочих органов балластоуплотняющих машин для заданных условий их применения.

6. Экспериментальными исследованиями с физическими моделями на стенде и натурных образцов балластоуплотняющих машин подтвер ждена эффективность применения УРУБО в части повышения равномерности уплотнения балластного основания.

7. На основе исследования процесса уплотнения балласта с управлением подачей шпалоподбивочного органа в зону уплотнения (управлением виброобжатием балласта) показано существенное повышение качества уплотнения балласта под шпалами путем снижения неравномерности подбивки в 1,55 раза.

8. Установлено, что циклично - возвратный режим виброобжатия балласта шпалоподбивочными рабочими органами технологически устой чив, снижает вероятность получения случайных значений плотности обработанного балластного материала, расширяет зону вибрирования подбиваемого массива балласта, формируя её близкой к оптимальной что в свою очередь, дополнительно повышает вероятность получения равноплотного балластного основания.

9. Экономический эффект от применения устройства равномерного уплотнения снижает затраты (от общих затрат ) :

• на сооружение верхнего строения пути при строительстве железных дорог средней и большой протяженности .8,5 %

• на капитальный и средний ремонт ж.д. путей

2,3 . 3,5 %

Повышение равномерности уплотнения балласта позволяет сократить объем обкатки пути поездной нагрузкой на 35.45 тыс.тонн.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Куликов, Александр Витальевич, 2000 год

1. АкуратовА.Ф. Экспериментальное исследование работы железнодорожного пути в начальный период стабилизации. Труды МИИТ, вып. 354, М., 1971, с. 179- 186.

2. Акуратов А.Ф. Экспериментальное исследование работы пути в кривых в начальный период его эксплуатации. Труды МИИТ, вып. 421, М., 1973, с. 178 185.

3. Акуратов А.Ф., Якименко Ю.Б. О качестве балластировки железнодорожного пути. В межвузовском сб. научн. трудов, вып. 722, М., МИИТ, 1983, с. 68 73.

4. Алешин В.А. Проблема стабилизации щебеночного основания железнодорожного пути. Труды ЦНИИ МПС вып. 217, М., Транспорт, 1961, 116с.

5. Баркан Д.Д. Виброметод в строительстве. М.,Госстройиздат, 1969.

6. Баркан Д.Д., Шехтер О.Я. Теория поверхностного уплотнения грунта. В сб. НИИОСП №51 "Применение вибрации в строительстве". Гос-стройиздат, 1962, с.

7. Бобылев Л.М. Повысить эффективность и качество уплотнения обратных засыпок. "Механизация строительства" № 6, 1980, с. 19 20.

8. Бобылев Л.М. Распределение напряжений, деформаций и плотности в грунте при уплотнении насыпей трамбующими плитами. "Основания, фундаменты и механика грунтов" № 6, 1963, с.

9. Бочков С.О., Субботин Д.М. «Язык программирования СИ дляперсонального компьютера», М., Радио и связь, 1990.

10. Брофман Б.В., Володин A.M., Гречный Б.В., Крицберг Л.В., Недорезов И.А., Рябов В.П., Соколов B.C. Авторское свидетельство СССР № 1595032 "Способ контроля качества уплотнения грунта".

11. Опубл. 20.07.88., бюл. N 12.

12. Варызгин Е.С. Исследование неравномерности остаточных осадок щебеночного слоя. М., Транспорт, Вестник ЦНИИ МПС N5,1968, с. 43-46.

13. Варызгин Е.С. Расчет и конструирование балластной призмы. Труды ВНИИЖТ № 387, М., Транспорт, 1970, 80с.

14. Варызгин Е.С. Содержание балластной призмы железнодорожного пути. М., Транспорт., 1978,

15. Волковойнов Б.Г. Характеристики текстуры щебеночного балласта и их изменение при направленном силовом воздействии рабочим органом балластоуплотнительной машины. Л., ЛИИЖТ, 1980, 15с., (Рукопись депонирована в ЦНИИТЭИ МПС, 1980г., № 1128/80).

16. Волковойнов Б.Г. Изменение текстуры щебеночного балласта при направленном силовом воздействии рабочим органом путевой уплотни-тельной машины. Л., ЛИИЖТ, 1981, 53с., (Рукопись депонирована в ЦНИИТЭИ МПС, 1981г., № 1622/81 ).

17. Выправочно-подбивочно-рихтовочная машина ВПРМ-600. Руководство по эксплуатации. М., ПКБ ГСМ, 1988, 98с.

18. Гашков Б.В., Максимов В.Г., Сессаревский А.Н., Штейн А.Н. Исследование процесса выправки пути машинами ВПР 1200 и ВПРС - 500 в условиях транспортного строительства. М., Транспорт, "Транспортное строительство" N 8, 1982, с. 52-53.

19. Гуленко H.H. Гора В.Е. Путевые машины и механизмы. М., Трансжел-дориздат, 1961, 320с.

20. Гуленко H.H., Фомин В.В. Механизация и автоматизация путевых работ за рубежем. М., Транспорт, 1975, 232с.

21. Единые нормы и расценки на строительные, монтажные и ремонтно-строительные работы. Сборник 16. Сооружение верхнего строенияжелезнодорожного путей. Выпуск 1.Пути широкой колеи. М., Строй-издат, 1973, 279с.

22. Ершков О.П., Евдаев Б.И., Власенкова Г.П., Зак М.Г. Причины и характер расстройств рельсовой колеи железнодорожного пути и особенности его проверки. Труды ВНИИЖТ, вып. 628, М., Транспорт, 1980, с. 5-41.

23. Задорин Г.П. Повышение эффективности выправочно подбивочных машин непрерывного действия на основе совершенствования параметров и конструкции подбивочных органов. Автореф. дисс. на соискание степени канд. техн. наук., М., 1981, 22с.

24. Зеленин А.Н. Основы разрушения грунта механическими способами. М., Машиностроение, 1968, 376с.

25. Зензинов H.A., Акуратов А.Ф. О сроках проведения выправки путив начальный период его эксплуатации. М., В сб.трудов МИИТ№512, 1977, с.77-84.

26. Иванченко С.Н. Научные основы формирования рабочих органов дорожных машин для уплотнения асфальтобетонных смесей. Автореф. дисс. на соиск. уч. степени доктора техн. наук. С Петербург, 1997, 34с.

27. Иструкция по устройству верхнего строения железнодорожного пути. ВСН 94-77 М., 1978, 130с.

28. Исаев К.С, Федулов В.Ф., Щекотков Ю.М. Машинизация текущего содержания пути. М., Транспорт., 1980. 280с.

29. Исаев К. С., Черкасов А.Н. Объемное уплотнение балластной призмы. Транспортное строительство № 4, 1969, с. 27 -28.

30. Калужский А.Я. Сопротивление движению катков при уплотнении грунта. Труды ХАДИ. Изд-во Харьковского университета, 1950.

31. Кандауров H.H. Механика зернистых сред и её применение в строительстве. М., Стройиздат, 1976.

32. Каракулев A.B., Волковойнов Б.Г. Изменение механических свойств щебеночных балластов при направленном силовом воздействии рабочим органом уплотнительной путевой машины. JI. ЛИИЖТ, 1979, 30с., ( Рукопись депонирована в ЦНИИТЭИ МПС, 1979г., № 923/79 ).

33. Керниган Б., Ритчи Д. «Язык программирования С» М., Финансы и статистика, 1992.

34. Китани М.Г. Определение параметров ассиметричных планетарных вибровозбудителей для дорожных катков. Дисс. на соиск. степени кандидата техн. наук. М., МАДИ, 1995, 260с.

35. Клауз Л.П., Попович М.В. О теоретических моделях процесса уплотнения зернистых сред. Труды ЛИИЖТ, вып. 346, Л., 1973, с. 24 32.

36. Куликов A.B., МочаловВ.А., ТитюникН.А. "Устройство для уплотнения балласта железнодорожного пути". Авт. свид во СССР № 1310465, Б.И. № 18,25.06.82г.

37. Куликов A.B. Исследование путеподъемного рабочего органа роликового типа. В сб. научных трудов. Пути повышения производительности труда, сокращения сроков проектирования и строительства транспортных сооружений. ЦНИИС. М., 1986г.

38. Куликов A.B. Обеспечение равномерности уплотнения балластной призмы путем сохранения параметра "cot" в заданном интервале. Тезисы докладов к 14 научно-технической конференции молодых специалистов и аспирантов. ЦНИИС, М., 1987г., с. 14.

39. Куликов A.B., Егерев Ю.К., и др. "Устройство для уплотнения балласта железнодорожного пути", Авт. свид. СССР № 1331931, Б.И. №31 23.08.87г.

40. Куликов A.B., Егерев Ю.К. и др. "Подбивочный блок для уплотнения балласта под шпалами", Авт. свид во СССР № 1594239, Б.И. №35, 23.09.90г.

41. Куликов A.B., Хачикян Э.Д. "Гидросистема управления шпалоподби-вочным рабочим органом", патент РФ № 2088719, приоритет 07.02.96г. зарегистрирован в ГРИ 27.08.97г.

42. Куликов A.B. "Гидравлическое устройство для равномерного уплотнения путевого балласта", Транспортное строительство, № 1, 1999г., с. 22-23.

43. Левчиков С.А. Способы повышения устойчивости пути с помощью машин. Труды ВНИИЖТ, вып. 552, М., Транспорт, 1976, с. 95 101.

44. Левчиков С.А. Исследование параметров вибрационного уплотнения балластной призмы. "Вестник ВНИИЖТ" № 1, 1978, с. 54 56.

45. Львовский E.H. Статистические методы построения эмпирических формул., М., "Высшая школа", 1982.

46. Марготьев А.Н. Оценка среднестатистических значений прочностных и деформационных характеристик балластных материалов и грунтов. Транспортное строительство № 3, 1985, с. 12 13.

47. Недорезов И.А., Валевич О.Н., Митроничева В.В. Вариации прочности и планирование объема испытаний грунтов для оценки трудности их разработки. В кн. "Машины для земляных работ", труды ЦНИИС, вып. 79, М., Транспорт, 1973, с. 69- 73.

48. Поляков Е.И. Совершенствование рабочих органов балластоуплотни-тельных машин непрерывного действия для применения на пути с асбестовым балластом. Автореферат дисс. на соиск. степени канд. техн. наук, М. 1985, 24с.

49. Попович М.В. Основные параметры виброплит, влияющие на эффективность объемного уплотнения щебеночной призмы. Труды ЛИИЖТ, вып. 295, Л., 1969, с. 18-38.

50. Прокофьев Б. Л., Сухарев H.H., Храмов Ю. Е. «Графические средства Turbo С и Turbo С++», M., Финансы и статистика, 1992.

51. Рекламные проспекты фирмы "Plasser & Theurer".

52. Рекомендации по технологии балластировки пути на малых рассредоточенных объектах с применением комплектов оборудования на базе трактора Т- 158. ЦНИИС, М., 1986, 90с.

53. Ровках С.Е., Фейгин JI.A. Техническая эксплуатация и ремонт машин транспортного строительства. М., Транспорт, 1985,338с.

54. Руководство по технологии укладки и балластировки железнодорожного пути. ВНИИ транспортного строительства. М., 1979. 212с.

55. Руководство по организации и технологии путевых работ в период временной эксплуатации новостроящихся железных дорог. ВНИИ транспортного строительства, М., 1981, 69с.

56. Руководство по технологии выправки, подбивки и рихтовки пути машинами ВПР-1200. ВНИИ транспортного строительства, М., 1983, 60с.

57. Соломонов С.А., Попович М.В., Б.И.Стефанов, П.М Цигельный, A.M. Яковлев; Путевые машины., М., Транспорт., 1985,375с.

58. Сушинин Б.П. Влияние мощности верхнего строения на интенсивность расстройств пути по уровню в начальный период эксплуатации. Труды МИИТ, вып. 421, М., 1973, с. 173 178.

59. Сырейщиков Ю.П. Процесс уплотнения щебня при вибрировании. "Вестник ВНИИЖТ", № 7,1963, с. 59-63.

60. Сырейщиков Ю.П. Влияние режимов вибрирования на уплотнение щебня. "Путь и путевое хозяйство" № 2, 1964, с.36-37.

61. Сырейщиков Ю.П. К вопросу об оценке и необходимом качестве уплотнения щебеночного балласта. В сб. ВНИИЖТ, вып. 552 "Совершенствование организации и механизации путевых работ". М., Транспорт, 1976, с. 55-64.

62. Сырейщиков Ю.П., Задорин Г.П., Лукин Е.А. Повышение качества уплотнения балласта. М., Транспорт, 1977, 24с.

63. Сырешциков Ю.П., Дмитриев Е.С., Лукин Е.А., Селищев А.К. Новые путевые машины ВПР 1200, ВПРС - 500, Р - 2000. М., Транспорт, 1984, 317с.

64. Телушкин A.B., Балакирев В.Я. Способ непрерывного контроля плотности укатываемого материала при работе вибрационного катка. В сб. "Проблемы повышения технического уровня строительных и дорожных машин". Труды ВНИИСтройдормаш вып. 108, М, 1987, С.93-96.

65. Технологические процессы ремонта звеньевого пути. М., Транспорт, 1974, 464с.

66. Тихонов А.Ф., Величкин В.А. Автоматизация непрерывного контроля плотности грунта. "Механизация строительства" №3,1998, с.

67. Ульянов H.A. Теория самоходных колесных землеройно транспортных машин. М., Машиностроение, 1969, 520с.

68. Универсальная путевая машина УПМ -1. Техническое описание, инструкция по эксплуатации и техническому обслуживанию. М., 1990, 146с.

69. Хархута Н.Я., Иевлев В.М. Реологические свойства грунтов. М., Научно-техническое издательство Министерства автомобильного транспорта и шоссейных дорог РСФСР, 1961, 136с.

70. Хархута Н.Я., Васильев Ю.М. Прочность, устойчивость и уплотнение грунтов земляного полотна автомобильных дорог. М., Транспорт, 1975, 285с.

71. Хархута Н.Я. Машины для уплотнения грунтов. Л., Машиностроение, 1973,323с.

72. Цыкунов Ю.И., Краснов О.Г. Сравнение динамических стабилизаторов. "Путь и путевое хозяйство", № 12, 1999, 8 10 с.

73. Цуканов П.П. Исследование упругих и остаточных осадок шпал. Труды ЦНИИ МПС, вып. 137. М., Транспорт, 1957, 134с.

74. Шафрановский А.К. О необходимой степени уплотнения балластного слоя при постановке пути на щебеночное основание. М., Транспорт, Вестник ЦНИИ МПС, 1959. № 5, с.42-46.

75. Штейн А.И. О взаимодействии виброударного уплотнительного инструмента с сыпучим телом. В сб. научных трудов ЦНИИСа "Исследование вопросов автоматизации и механизации при проектировании и строительстве железных дорог", М., ЦНИИС, 1984, с. 57 61.

76. Штейн А.И. Основы планирования, организации и технологии вып-равочно-подбивочных работ при строительстве железнодорожного пути. Дисс. на соискание ученой степени канд. техн. наук, М., 1988, 224с.

77. Яцина М.Б., Горбов И.В., Телушкин A.B., Тимофеев В.А. Патент РФ N2012702 "Способ автоматического контроля работы вибрационного уплотнителя грунта и устройство для его осуществления". Опубл. 15.05.94. бюл.№ 9.

78. Положение о проведении планово-предупредительного ремонта верхнего строения пути, земляного полотна и искусственных сооружений железных дорог Союза ССР./ Госстрой СССР., М., 1984, 45с.

79. Theurer Josef und. Patentschrift Republik Osterreich №371171 "Gleisnivellier stopf- und richtmaschine mit stabilisationsaggregat", Ausgabetag 25.06.1983, Wien.

80. Franz Plasser Bahnbaumaschinen-industriegesellschaft M.B.H. Patentschrift

81. Republik Osterreich № 370154 "Gleisstopfmaschine mit voll asynchronenstopf- aggregat", Ausgabetag 03.10.1983, Wien.

82. Theurer Josefing. Patentschrift Republik Osterreich № AT403934B "Stopfaggregat für gleisstopfmaschinen zum unterstopfen von drei schwellen", Ausgabetag 25.06.1998, Wien.

83. Franz Plasser Bahnbaumaschinen-industriegesellschaft M.B.H. Patentschrift R. Osterreich №AT404744B "Stopfaggregat", Ausgabetag 25.02.1999, Wien.

84. Shenton MJ. Deformation of Railway ballast under repeated loading condition. Railroad Track Mech. and Technol. Proc. sympl., Princenton N. J. 1975, Oxford, 1978, 408 425.

85. Diyaljee V.A. Effect of stress history on ballast deformation. Journal of Geotechnical Engineering. 1987, № 8, p. 113 * 115.

86. Gashin P.N., Raymond G.P., Powell A.G. Respouse of railroad ballast to vertical vibration.Transportation Engineering Journal of ASCE, 1978, № 1, p. 104- 107.

87. Eisenmann J. Verhaltensfunktion des schotters. Eisenbahningenieur, 1981, 32, №3, 100- 103.

88. Czyczula W. Mozliwosci pzyspieszenia stabilizacji podsypki. K., Drogi Kolejowe, 1989, № 8, 158-162.